Секция 7 - MATLAB в образовании и Интернете (1250002), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Альтшуль Л. М., Мушер С. Л. Применение терминальной вычислительной системы в учебном процессе на физическом факультете Новосибирского университета // Cб.: Автоматизированные системы управления вузом.— Новосибирск: НГУ, 1978.2. Коткин Г. Л., Фрумин Л. Л. Практикум «Моделирование физическихявлений».— Новосибирск: НГУ, 1992.3. Коткин Г. Л., Черкасский В. С. Численное моделирование физическихпроцессов: Учебное пособие.— Новосибирск: Новосиб.
ун-т., 1998.—124 с.4. Коткин Г. Л., Черкасский В. С. Численное моделирование физическихпроцессов с использованием MATLAB: Учебное пособие.— Новосибирск: Новосиб. ун-т., 2001.— 173 с.5. Marchand P. Graphics and GUIs with MATLAB. — 2nd ed, CRC press LLC,1999.1891Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»УДК 519.6MATLAB В УЧЕБНЫХ КУРСАХПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХКудашов А. В., Медведева С.
Н., Михотин В. Д., Пискарев С. П.Пензенский госуниверситет, Пенза,e-mail: rgu@penza.netПредставляемые в настоящем докладе лабораторные работы выполняются с использованием имитационных моделей, реализованных средствами пакета Power System Blockset (PSB), который является эффективныминструментом для моделирования энергетических (силовых) систем и устройств — от простых электрических цепей постоянного и переменного тока до сложных линий электропередачи большой мощности, преобразовательных устройств на современной элементной базе и электрических машин с системами управления [2..4]. Пакет Power System Blockset позволяетсоздавать PSB-модели электронных и энергетических систем, а также иустройств, характеризующихся объединением электрических цепей с электромеханическими устройствами и различными преобразователями электрической энергии.При выполнении лабораторных работ студентам предлагаются базовые PSB-модели исследуемых объектов, которые необходимо соответствующим образом адаптировать согласно программам исследований.
Дляэтого предусматривается использование следующих библиотек компонентпакета PSB:Connectors — подключающие и соединительные устройства;Electrical Sources — источники электрической энергии и сигналов;Elements — компоненты электрических и электронных устройств;Power Electronics — устройства энергетической электроники;Machines — электрические машины;Measurements — измерительные устройства и блоки управления;Extra Library — специальные энергетические устройства.Кроме того, для обработки экспериментальных данных и отображения результатов исследований используются средства пакета Simulink, который так же как и PSB входит в базовую систему MATLAB.Ниже приводятся описания лабораторных работ по исследованиюпереходных процессов как в простых электрических цепях, так и в сложных электроэнергетических устройствах, включая воздушные линии связис распределенными параметрами, трансформаторы и электрические двигатели переменного и постоянного тока.1892Секция 7.
MATLAB в образовании и ИнтернетеПредставляемые лабораторные работы разработаны и апробированына кафедре «Автоматизированные электроэнергетические системы» Пензенского госуниверситета и предназначены для студентов специальности100200 «Электроэнергетические системы и сети» для дневной и заочнойформ обучения.Лабораторная работа № 1. Исследование переходных процессовв линейных электрических цепяхЦель работы. Исследование при помощи PSB-моделей переходныхпроцессов в RLC-цепях при включении на постоянное напряжение.Описание объекта исследования.Используемая для исследования PSB-модель (рис.1.1) находится вфайле RLC_branch, в которой напряжение DC Voltage Source равно 100 В,R = 100 Ом, L = 1 мГн, С = 1 мкФ.Рис.
1.1. PSB-модель для исследования переходных процессов в последовательныхRLC-цепях.Для измерения тока, протекающего через нагрузку, используетсяблок Multimeter, окно настройки которого показано на рис. 1.2. Этот блокпозволяет измерить электрические переменные, выбранные в окне настройки соответствующих элементов схемы модели. Например, в окне настройки компоненты Series RLC Branch рис. 1.3 имеется возможность заказать измерения целого ряда параметров.1893Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»Рис.
1.2. Окно настройки блока Multimeter.Рис. 1.3. Окно настройки блока Series RLC Branch.Для отображения переходных процессов в модели используетсяпользовательский интерфейс powergui.Программа исследований.1. Ознакомиться с моделью и изучить настройки блоков PSB-модели.2. Используя исходную модель, исследовать характер переходныхпроцессов в режиме подключения постоянного напряжения. При этом необходимо:2.1. Определить зависимость времени установления от значения сопротивления резистора R.2.2.
Построить графики изменения напряжений на L и C.1894Секция 7. MATLAB в образовании и Интернете3. Расчетным путем определить значения L и C, при которых наблюдается резонанс напряжений в цепи и, используя PSB-модель построитьграфики соответствующего переходного процесса для изменения тока вцепи.Методические указания по порядку проведения работы.1. Для исследования переходных процессов используется блок powergui.
При этом выполняется следующая последовательность действий илиактивизация и подключение мышью предлагаемых функций меню: powergui → Tools → Control System Toolbox (LTI Viewer) → Open new LTIViewer. После выполнения последней операции на экране появляется график рис. 1.4. переходного процесса, отображающий реакцию цепи на скачкообразное изменение входного напряженияРис. 1.4. График переходного процесса.Лабораторная работа № 2. Исследование переходных процессовв параллельном LC контуреЦель работы. Исследование при помощи имитационных PSBмоделей переходных процессов в параллельном LC контуре.Описание объекта исследования.Используемая для исследования PSB-модель (рис.2.1) находится вфайле LC_branch.
В представленной модели заданы следующие исходныепараметры: U 0 = 125 В, R = 100 Ом, L = 40 мГн, C = 5 мкФ.1895Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»Рис. 2.1. Базовая PSB-модель исследуемой схемы.График изменения напряжения на контуре показан на рис. 2.2.Рис. 2.2. Контрольные осциллограммы.Программа исследований.1. Ознакомиться с моделью и изучить настройки блоков PSB-модели.2. Используя исходную модель, исследовать характер переходныхпроцессов в режиме подключения постоянного напряжения. При этом необходимо:2.1. Определить зависимость времени установления от значения сопротивления балластного резистора.2.2. Определить значение резонансной частоты и добротность контура.2.3. Построить графики изменения токов через L и C.3.
Заменить источник постоянного напряжения на источник переменного напряжения с параметрами U m = 200 В и f = 50 Гц. Провести исследование переходных процессов при различных значениях начальнойфазы входного напряжения.1896Секция 7. MATLAB в образовании и Интернете4. Исключить из PSB-модели ключ Ideal Switch и экспериментальноопределить значение резонансной частоты.Методические указания по порядку проведения работы.1. Длительность установления переходного процесса обычно определяется как интервал времени от начала входного воздействия на цепь домомента затухания исследуемого сигнала с погрешностью 1%. Для измерения максимального значения исследуемого сигнала и момента окончания переходного процесса в системе Power System Blockset удобно использовать кнопки Zoom Y-axis и Zoom X-axis, которые находятся на панелиуправления осциллографов (Scope).2.
Для измерения частоты резонанса при R = 500 Ом следует воспользоваться двумя методами.Первый метод предусматривает измерение периода колебаний напряжения на контуре и вычисление по известным формулам резонанснойчастоты.Второй метод — непосредственного подбора частоты резонанса —требует собрать PSB-модель показанную на рис. 2.3, которая содержит необходимые датчики тока и напряжения, а также блок измерения токов инапряжений powergui.
Значению резонансной частоты соответствует совпадение амплитуд токов I_L и I_C.Рис.2.3. PSB-модель исследуемой схемы для измерения резонансной частоты.Для проверки результатов сравните полученные данные с теоретическими, которые вычисляются по формуле [1]:1fр =.2π LC3. Теоретически добротность контура при резонансе токов определяется по формуле:1897Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»R.LCПрактически добротность можно оценить по числу колебаний совершаемых переходной характеристикой рис 2.2.от начала процесса домомента его установления.Q=Лабораторная работа № 3. Исследование переходных процессовв линиях электропередачи с распределенными параметрамиЦель работы. Исследование при помощи имитационных PSBмоделей переходных процессов при включении и выключении длинныхвоздушных линий с распределенными параметрами.Описание объекта исследования.Используемая для исследования PSB-модель (рис.3.1) находится вфайле LINE_DPS_1.Рис.
3.1. PSB-модель для исследования линии с распределенными параметрами.В модель кроме компонент, значение которых понятно из рис. 3.1,входит в качестве основного блока компонента Distributed ParametersLine — модель воздушной линии электропередачи с распределенными параметрами, окно настройки которой показано на рис. 3.2. Для имитациипроцессов включения и выключения линии в схеме используется специальный блок управления Control Subsystеm.1898Секция 7. MATLAB в образовании и ИнтернетеРис. 3.2. Окно настройки блока Distributed Parameters Line.Графики изменения входного Uin и выходного Uout напряжений, атакже управляющее ключом воздействие показаны на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
